CN106995597A - 一种除臭抗菌3d打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种除臭抗菌3d打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用，其各组分按照重量份计为：高分子聚合物50～95份；芦苇纤维5～30份；偶联剂0.01～0.2份；增韧剂1～10份；活性炭1～30份；抗菌剂0.1～5份。本发明的复合材料，在使该材料保持了高分子材料聚合物原有性能的基础上，增加了自身的抗菌防霉能力，同时具有除臭功能。

Description

一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料。
技术背景
3D打印技术是目前正在逐渐发展起来的一种快速成型制造技术，这是一种环保且凸显个性化的快速成形技术，具有个性化程度高、成型体积小、成本低、污染低、使用方便等优点。其基本原理主要是以高分子材料为基材，采用熔融沉积成型技术，通过逐层打印堆积方式完成对物体构造和形成。
在江河湖泽、水塘湿地以及沟渠等常年水分充足的地方到处都可见到芦苇的生长，其数量是十分的庞大的，而且采集收集方便容易、成本低、芦苇纤维性能良好，如果能够合理的较高价值的利用起来也是社会中一笔价值不菲的财富。现今对芦苇的利用最直接的就是采集晒干后直接焚烧用作农田种植使用的肥料，也有少数芦苇被用于做纸张。如果直接采集焚烧不仅影响了大自然生态的平衡，产生的烟雾也会对人体造成一定的伤害，如导致部分地区出现雾霾等现象。若能把这些部分的芦苇以一个合理的价格收购并用于3D打印，制造家私家具、饰品模型等实用制品，则一举多得，既能减少环境的污染，又能给社会提供一部分的就业岗位，也能生产得到个性化的产品，且其力学性能良好。
目前利用添加活性炭的方法来吸附去除室内的污染，是应用最广泛成熟、安全有效、且能吸附物质种类最多的一种方法。其能够吸附的物质包括空气中的甲醛、氨、苯、二甲苯、氡等室内所有有害气体分子，快速消除异味。而且对居室、家具衣橱、书柜、鞋柜、鞋内、冰箱、卫生间、地板、鱼缸、汽车、空调、电脑、办公、宾馆及娱乐场所都有广泛的应用。如：空气净化(用活性炭或含有活性炭的物品摆放在室内能有效的吸收空气中含有的甲醛、二甲苯等有害物质，特别是新装修的房子)，家具去异味(活性炭可适用于新买的家具放于橱柜、抽屉、冰箱中，也可放在鞋子里面除臭味)，汽车除味(新车一般都含有很多的有害物质\难闻刺鼻的气味，用活性炭可以有效的去除)。另外，活性炭更是具有吸味、去毒、除臭、去湿、防霉、杀菌、净化等综合功能，能有效清除室内环境污染。
现今3D打印材料用的最多最广泛的是一些能自然降解的材料，因此一些3D打印制品在摆放或者存放时比较容易被细菌真菌等微生物分解或出现发霉等现象，而在3D打印材料中加入吸附剂和抗菌剂可以很好的防止或延缓制品被分解或发霉并且增加了除臭除有害气体等的功能，有效的解决了制品过快的发霉发黑的缺陷。
目前对芦苇纤维应用到3D打印制造中的相关报道极少，而对3D打印材料除臭防霉抗菌功能化的相关报道几乎没有。
发明内容
针对目前3D打印产品除臭抗菌防腐方面及部分功能存在不足以及现今大量芦苇植物不能更有效合理的利用的不足，本发明提供了一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料及其制备方法，旨在使该材料在保持高分子材料聚合物原有性能的基础上，增加自身的抗菌防霉能力，同时使其具有除臭功能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特点在于，其各组分按照重量份计为：
其中：
所述高分子聚合物是将高分子聚合物颗粒原料投入到温度设定为50～90℃的烘烤机中烘烤3～8小时，使水分蒸发至完全干燥所得；
所述的高分子聚合物为聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)和聚己内酯(PCL)中的至少一种。其中所述聚乳酸的相对分子量不小于10万、所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的相对分子量不小于8万、所述聚己内酯的相对分子量不小于4.5万。优选为聚己内酯或聚乳酸，但本发明并不限于以上所述的高分子聚合物；聚己内酯和聚乳酸两种材料皆为自然可降解的环境友好材料，且生物相容性良好，对人体无毒无害。
所述的芦苇纤维为粉末状纤维，尺寸在300目以上。在本发明中只讲述了芦苇纤维一种植物纤维，但本发明并不仅仅限于芦苇纤维，也可以为稻杆纤维、高粱杆纤维、玉米杆纤维等。
所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述有机硅烷偶联剂为偶联剂KH-550、偶联剂KH-560、偶联剂KH-570和偶联剂KH-590中的至少一种，优选KH-590和KH-550，但本发明并不限于以上所述的偶联剂。
所述的增韧剂为热固性弹性体或热塑性弹性体中的至少一种，优选热塑性弹性体，如SBS或SEBS，但本发明并不限于以上述的增韧剂。
所述的活性炭为纳米级多孔活性炭；所述的纳米级多孔活性炭为木质活性炭、竹质活性炭和果壳活性炭中的至少一种，最优选竹质活性炭，其次优选果壳活性炭，但本发明并不限于以上述的活性炭种类。
所述的抗菌剂为有机抗菌剂；所述的有机抗菌剂为甲壳素抗菌剂、壳聚糖抗菌剂、季膦盐类抗菌剂和季铵盐类抗菌剂中的至少一种，优选壳聚糖抗菌剂，但本发明并不限于以上所述的抗菌剂。
上述除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先通过氢氧化钠对芦苇纤维原料进行碱处理，然后加入偶联剂对碱处理后芦苇纤维进行表面改性，所得改性芦苇纤维经粉碎、研磨和筛选，获得300目以上的改性芦苇纤维粉末；具体的：
所述碱处理是将芦苇纤维加入到质量浓度为5％～10％的氢氧化钠溶液中浸泡15～60min，取出后再在45～80℃的烘箱中烘5～16h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；
所述表面改性通过加温偶联或浸泡偶联的方式完成；所述加温偶联是将碱处理后芦苇纤维和偶联剂投入到温度设定为40～80℃的混料机中均匀混合，混料机混料转速设置为100～800r/min、工作时间设置为10～60min，即获得改性芦苇纤维；所述浸泡偶联是将碱处理后芦苇纤维和偶联剂加入到乙醇溶液或水与乙醇按质量比1:7或2:6或3:5构成的混合溶液中，搅拌浸泡15～60min，然后取出并在温度设置为60～90℃的真空干燥箱中烘干，即获得改性芦苇纤维；
(2)将高分子聚合物、与步骤(1)中所述芦苇纤维原料等重量的改性芦苇纤维粉末、增韧剂以及活性炭投入到温度设置为40～70℃的混料机中均匀混合，混料机混料转速设置为100～2000r/min、工作时间设置8～25min，获得混合物料；
(3)将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中熔融混合并挤出造粒；双螺杆工作温度设置为：一区50～160℃，二区53～165℃，三区55～170℃，四区58～180℃，五区58～185℃，机头56～180℃，熔体56～180℃；双螺杆主机转速设置为10～20r/min；将所述混合物料挤出成线材进行冷却定型，冷却定型后再进入到造粒机中切粒造粒，造粒机切粒速度设置为5～15r/min，获得造粒混合物颗粒；
(4)将所述造粒混合物颗粒烘干后与抗菌剂再次投入到混料机混合均匀，混料机混料转速设置为100～400r/min、混料温度设置为40～70℃、混料工作时间设置为5～15min，获得混合料；
(5)将所述混合料加入到单螺杆塑料挤出机中熔融混合并挤出丝状熔融物，然后进入到冷却定型槽中冷却定型，获得丝状塑料线材；单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区65～195℃、机筒二区65～200℃、机筒三区65～195℃、机头一区65～190℃，单螺杆主机转速设置为30～150r/min；
(6)将所述丝状塑料线材经过风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定(单螺杆主机转速不变的情况下，牵引速度增加，线材线径变小，反之变大)；最后复合材料线材进入力矩电机绕线，，即获得可用于3D打印的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的线材成品。
其中，步骤(2)中所述的混料机中均匀混合的工艺顺序为：先低速(100～300r/min)混合2～5min，再以中高速(500～800r/min)混合2～5min，然后以高速(800～2000r/min)混合2～10min，最后将为中速(300～500r/min)混合2～5min，最终以中速转速出料；
步骤(3)和步骤(5)中所述的冷却定型的冷却方式各自独立的选自温水冷却、常温水冷却、冰水混合冷却和冷气冷却中的至少一种；其中温水温度为30～60℃，常温水温度为10～20℃，冰水混合温度为-5～5℃，冷气平均温度为8～16℃。
本发明制备的单丝的平均直径约为1.75mm或3.0mm，直径误差在±0.03mm以内。
本发明具有以下特点：
(1)本发明的3D打印高分子聚合物材料既保持有良好力学性质，还表现出了良好的除臭抗菌功能，对室内有害气体、粉尘颗粒等具有良好的吸附净化效果；
(2)本发明中使用的纳米活性炭微孔丰富，平均微孔率达到92％，比表面积发达，平均比表面积为1000～1800m2/g，具有超强的吸附能力。加入活性炭作为空气净化除臭除味的功能添加剂，其主要机理为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要依靠活性炭丰富的微孔以及其巨大的比表面积，对很多比活性炭微孔孔径小的分子都很容易被活性炭以分子力或范德华力的形式吸引并吸附到活性炭的微孔中或吸附在多孔洞的表面上；而化学吸附主要是活性炭中除了碳骨架外还有丰富的活性基团，如羟基、羧基、醚键、酚类、内脂和醌等活性基团，这些基团都可以与空气中大部分的有害气体分子吸附并反应生成化学键；
(3)本发明中使用的抗菌剂皆为有机抗菌剂或天然抗菌剂，无毒或低毒，高效且可降解，对人体无害，可触碰触摸。特别是使用壳聚糖作为抗菌剂，既符合材料环保可降解的特性，又能相对高效的抑菌抗菌或杀菌，且对人体无毒无害，可以触碰触摸。壳聚糖或甲壳素表面存在着大量的氨基或季铵基团，由于壳聚糖的正电荷与细菌、真菌等微生物的细胞膜或核酸蛋白的负电荷相互吸引，破坏了微生物细胞膜或细胞壁、或阻碍了微生物细胞正常的营养吸收或自由活动，从而起到了抑制微生物的生长和繁殖或杀死微生物的作用，从而也有效的起到了抗菌防霉的作用效果；
(4)本发明的复合材料为环保材料，可应用到环境保护或环境净化中。本发明除了能达到除臭抗菌防霉的功能外，也在为各大发达城市或地区减少雾霾提供一个资源利用的方法，若能广泛应用到各个领域后也能部分增加就业岗位，减少失业人员。
附图说明
图1为本发明应用实施例1中具有IPN结构的多孔艺术品应用模型；
图2为本发明应用实施例2中具有个性化多孔笔筒应用模型；
图3为本发明应用实施例3中具有个性化大曲面座椅应用模型；
图4为本发明应用实施例4中具有个性化多孔桌面垃圾篓应用模型。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
本实施例除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的各组分按照重量份计为：
高分子聚合物：61重量份相对分子量为51000的聚己内酯聚合物；
芦苇纤维：20重量份尺寸不少于300目的芦苇纤维；
偶联剂：0.1重量份偶联剂KH-590；
增韧剂：2重量份热塑性弹性体SEBS；
活性炭：15重量份平均微孔率达到90％的竹质纳米活性炭粉末；
抗菌剂：2重量份壳聚糖抗菌剂。
本实施例复合材料的制备方法如下：
首先将20重量份芦苇纤维加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中浸泡20min，取出后放置于温度为70℃的烘箱中烘8h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；再将0.1重量份偶联剂KH-590和20重量份碱处理后的芦苇纤维投入到温度设定为60℃的混料机中通过加温偶联的方式进行改性，混料机混料转速设置为300r/min、工作时间设置为30min，即获得改性芦苇纤维；
再把61重量份经过烘烤干燥的聚己内酯聚合物、20重量份改性芦苇纤维、2重量份热塑性弹性体以及15重量份竹质纳米活性炭粉末投入到温度设置为45℃的高速混料机中，先以150r/min低混合2min，再以500r/min中高速混合2min，然后以800r/min高速混合2min，最后降为300r/min中速混合2min，最终以中速转速出料，得到均匀的混合物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆工作温度设置为：一区52℃、二区55℃、三区58℃、四区61℃、五区63℃、机头62℃、熔体62℃，主机转速设置为14.3r/min；将混合物料挤出成线材进行冷却成型，冷却成型后再进入到造粒机中切粒造粒，切粒速度设置为8.9r/min；将造粒混合物颗粒置于温度设置为45℃的烘箱中烘烤至干燥；再将干燥好的造粒混合物颗粒和2重量份的壳聚糖抗菌剂投入到温度为45℃、转速为200r/min的混料机中混合至均匀。取出混合料并加入到单螺杆机中熔融挤出拉丝，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区90℃、机筒二区96℃、机筒三区98℃、机头一区95℃，单螺杆主机转速设置为41r/min；从挤出机中挤出的熔融物进入到冷却定型槽中以冰水形式冷却定型，将从冷却定型槽中冷却定型后的丝状塑料线材进入风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定；最后复合材料线材进入力矩电机绕线，即得到可用于3D打印的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的线材成品。
实施例2
本实施例除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的各组分按照重量份计为：
高分子聚合物：53重量份相对分子量为51000的聚己内酯聚合物；
芦苇纤维：15重量份尺寸不少于300目的芦苇纤维；
偶联剂：0.2重量份偶联剂KH-550；
增韧剂：4重量份热塑性弹性体SEBS；
活性炭：25重量份平均微孔率达到90％的竹质纳米活性炭粉末；
抗菌剂：3重量份壳聚糖抗菌剂。
本实施例复合材料的制备方法如下：
首先将15重量份芦苇纤维加入到质量浓度为9％的氢氧化钠溶液中浸泡20min，取出后放置于温度为70℃的烘箱中烘8h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；再将0.2重量份偶联剂KH-550和15重量份碱处理后的芦苇纤维投入到80重量份水与乙醇按质量比1:7构成的混合溶液中，并搅拌浸泡60min，然后取出并在温度设置为80℃的真空干燥箱中烘干，即获得改性芦苇纤维；
再把53重量份经过烘烤干燥的聚己内酯聚合物、15重量份改性芦苇纤维、4重量份热塑性弹性体以及25重量份竹质纳米活性炭粉末投入到温度设置为45℃的高速混料机中，先以150r/min低速混合3min，再以500r/min中高速混合2min，然后以800r/min高速混合3min，最后降为300r/min中速混合3min，最终以中速转速出料，得到均匀的混合物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆工作温度设置为：一区55℃、二区58℃、三区63℃、四区66℃、五区68℃、机头66℃、熔体65℃，主机转速设置为12.4r/min；将混合物料挤出成线材进行冷却成型，冷却成型后再进入到造粒机中切粒造粒，切粒速度设置为7.2r/min；将造粒混合物颗粒置于温度设置为45℃的烘箱中烘烤至干燥；再将干燥好的造粒混合物颗粒和3重量份壳聚糖抗菌剂投入到温度为45℃、转速为200r/min的混料机中混合至均匀，取出混合物料并加入到单螺杆机中熔融挤出拉丝，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区95℃、机筒二区103℃、机筒三区102℃、机头一区100℃，单螺杆主机转速设置为40r/min；从挤出机中挤出的熔融物进入到冷却定型槽中以冰水形式冷却定型，将从冷却定型槽中冷却定型后的丝状塑料线材经过进入风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定；最后复合材料线材进入力矩电机绕线，则得到可用于3D打印的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的线材成品。
实施例3
本实施例除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的各组分按照重量份计为：
高分子聚合物：54重量份相对分子量为110000的聚乳酸聚合物；
芦苇纤维：20重量份尺寸不少于300目的芦苇纤维；
偶联剂：0.2重量份偶联剂KH-550；
增韧剂：4重量份热塑性弹性体SEBS；
活性炭：20重量份平均微孔率达到90％果壳纳米活性炭粉末；
抗菌剂：2重量份壳聚糖抗菌剂。
本实施例复合材料的制备方法如下：
首先将20重量份芦苇纤维加入到质量浓度为9％的氢氧化钠溶液中浸泡20min，取出后放置于温度为70℃的烘箱中烘8h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；再将0.2重量份偶联剂KH-550和20重量份碱处理后的芦苇纤维投入到80重量份水与乙醇按质量比1:7构成的混合溶液中，并搅拌浸泡60min，然后取出并在温度设置为80℃的真空干燥箱中烘干，即获得改性芦苇纤维；
再把54重量份经过烘烤干燥的聚乳酸聚合物、20重量份改性芦苇纤维、4重量份热塑性弹性体以及20重量份果壳纳米活性炭粉末投入到温度设置为75℃的高速混料机中，先以150r/min低速混合3min，再以500r/min中高速混合3min，然后以800r/min高速混合5min，最后降为300r/min中速混合3min，最终以中速转速出料，得到均匀的混合物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆工作温度设置为：一区165℃、二区168℃、三区172℃、四区176℃、五区175℃、机头172℃、熔体172℃，主机转速设置为15r/min；将混合物料挤出成线材进行冷却成型，冷却成型后再进入到造粒机中切粒造粒，切粒速度设置为9.3r/min；将造粒混合物颗粒置于温度设置为60℃的烘箱中烘烤至干燥；再将干燥好的造粒混合物颗粒和2重量份壳聚糖抗菌剂投入到温度为65℃、转速为300r/min的混料机中混合至均匀。取出混合物料并加入到单螺杆机中熔融挤出拉丝，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区175℃、机筒二区178℃、机筒三区176℃、机头一区175℃，单螺杆主机转速设置为52r/min；从挤出机中挤出的熔融物进入到冷却定型槽中以常温冷水形式冷却定型，将从冷却定型槽中冷却定型后的丝状塑料线材经过进入风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定；最后复合材料线材进入力矩电机绕线，则得到可用于3D打印的具有除臭抗菌的芦苇纤维复合材料的线材成品。
实施例4
本实施例除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的各组分按照重量份计为：
高分子聚合物：53重量份相对分子量为110000的聚乳酸聚合物；
芦苇纤维：15重量份尺寸不少于300目的芦苇纤维；
偶联剂：0.15重量份偶联剂KH-550；
增韧剂：5重量份热塑性弹性体SEBS；
活性炭：20重量份平均微孔率达到90％竹质纳米活性炭粉末；
抗菌剂：2重量份壳聚糖抗菌剂。
本实施例复合材料的制备方法如下：
首先将15重量份芦苇纤维加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中浸泡20min，取出后放置于温度为70℃的烘箱中烘8h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；再将0.15重量份偶联剂KH-590和15重量份碱处理后的芦苇纤维投入到温度设定为60℃的混料机中通过加温偶联的方式进行改性，混料机混料转速设置为300r/min、工作时间设置为30min，即获得改性芦苇纤维；
再把53重量份经过烘烤干燥的聚乳酸聚合物、15重量份改性芦苇纤维、5重量份热塑性弹性体以及20重量份竹质纳米活性炭粉末投入到温度设置为75℃的高速混料机中，先以150r/min低速混合3min，再以500r/min中高速混合5min，然后以800r/min高速混合3min，最后降为300r/min中速混合4min，最终以中速转速出料，得到均匀的混合物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆工作温度设置为：一区165℃、二区168℃、三区172℃、四区176℃、五区175℃、机头172℃、熔体172℃，主机转速设置为14.5r/min；将混合物料挤出成线材进行冷却成型，冷却成型后再进入到造粒机中切粒造粒，切粒速度设置为8.6r/min；将造粒混合物颗粒置于温度设置为60℃的烘箱中烘烤至干燥；再将干燥好的造粒混合物颗粒和2重量份壳聚糖抗菌剂投入到温度为65℃、转速为300r/min的混料机中混合至均匀，取出混合物料并加入到单螺杆机中熔融挤出拉丝，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区175℃、机筒二区178℃、机筒三区176℃、机头一区175℃，单螺杆主机转速设置为50r/min；从挤出机中挤出的熔融物进入到冷却定型槽中以常温冷水形式冷却定型，将从冷却定型槽中冷却定型后的丝状塑料线材经过进入风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定；最后复合材料线材进入力矩电机绕线，则得到可用于3D打印的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的线材成品。
实施例5
本实施例除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的各组分按照重量份计为：
高分子聚合物：53重量份相对分子量为90000的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；
芦苇纤维：15重量份尺寸不少于300目的苇纤维；
偶联剂：0.15重量份偶联剂KH-590；
增韧剂：5重量份热塑性弹性体SBS；
活性炭：25重量份平均微孔率达到90％竹质纳米活性炭粉末；
抗菌剂：2重量份壳聚糖抗菌剂。
本实施例复合材料的制备方法如下：
首先将15重量份芦苇纤维加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中浸泡20min，取出后放置于温度为70℃的烘箱中烘8h，使其含水率不高于0.3％，即获得碱处理后芦苇纤维；再将0.15重量份偶联剂KH-590和15重量份碱处理后的芦苇纤维投入到温度设定为60℃的混料机中通过加温偶联的方式进行改性，混料机混料转速设置为300r/min、工作时间设置为20min，即获得改性芦苇纤维；
再把53重量份经过烘烤干燥的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、15重量份改性芦苇纤维、5重量份热塑性弹性体以及25重量份竹质纳米活性炭粉末投入到温度设置为80℃的高速混料机中，先以150r/min低速混合3min，再以500r/min中高速混合5min，然后以800r/min高速混合4min，最后降为300r/min中速混合3min，最终以中速转速出料，得到均匀的混合物料；再将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆工作温度设置为：一区160℃、二区165℃、三区170℃、四区172℃、五区172℃、机头170℃、熔体170℃，主机转速设置为14.6r/min；将混合物料挤出成线材进行冷却成型，冷却成型后再进入到造粒机中切粒造粒，，切粒速度设置为8.0r/min；将粒混合物颗粒置于温度设置为65℃的烘箱中烘烤至干燥；再将干燥好的粒混合物颗粒和2重量份壳聚糖抗菌剂投入到温度为70℃、转速为300r/min的混料机中混合至均匀，取出混合物料并加入到单螺杆机中熔融挤出拉丝，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区172℃、机筒二区175℃、机筒三区173℃、机头一区172℃，单螺杆主机转速设置为47r/min；从挤出机中挤出的熔融物进入到冷却定型槽中以常温冷水形式冷却定型，将从冷却定型槽中冷却定型后的丝状塑料线材经过进入风干机把水吹干；从风干机出来后再经过双向激光测径仪然后送入到牵引机，牵引机转速根据线径尺寸大小的不同情况来定；最后复合材料线材进入力矩电机绕线，则得到可用于3D打印的具有除臭抗菌的芦苇纤维复合材料的线材成品。
上述实施例所得样品的性能比较如表1所示。
表1
实施例 除臭性能 抗菌性能 打印流畅性 表面光滑度
1 有害气体净化率90％以上 抗菌率90％以上 顺畅 平整无节点
2 有害气体净化率90％以上 抗菌率90％以上 顺畅 平整无节点
3 有害气体净化率90％以上 抗菌率90％以上 顺畅 平整无节点
4 有害气体净化率90％以上 抗菌率90％以上 顺畅 平整无节点
5 有害气体净化率90％以上 抗菌率90％以上 顺畅 平整无节点
具体应用实例
下面结合一些应用案例对本发明作进一步形象详细的描述，但本发明的应用领域或用途并不限于此。
应用实例1
采用专业的作图软件制作具有IPN三维网络贯穿孔洞结构的物体模型，再利用3D打印设备制造多孔结构的饰品或艺术品制品，得到多孔镂空网络贯穿的装饰艺术品，将其摆放在书房中或艺术品专用位置上。三维网络贯穿多孔结构模型大大的提高了物品的比表面积，即增加了含活性炭制品对空气净化除臭的比表面积，这样的多孔结构制品对空气净化除臭的效果良好。
应用实例2
采用专业的作图软件制作具有三维孔洞贯穿结构的多孔笔筒模型，再利用3D打印设备打印制造个性化多孔笔筒制品，并得到多孔笔筒，可以将其摆放在书房中使用。
应用实例3
采用专业的作图软件根据力学分析设计具有个性化和艺术感的实用座椅模型，再利用3D打印设备打印制造个性化座椅，并得到个性化座椅，通过修整打磨技术将座椅表面修整光滑，可以直接用在家居或某些场合上使用。
应用实例4
采用专业的作图软件制作具有个性化多孔镂空的桌面垃圾篓模型，再利用3D打印设备打印制造个性化多孔镂空的桌面垃圾篓制品，并得到个性化多孔镂空的桌面垃圾篓，可以将其摆放在茶几上或者饭桌上使用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于，其各组分按照重量份计为：
2.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：
所述高分子聚合物是将高分子聚合物颗粒原料投入到温度设定为50～90℃的烘烤机中烘烤3～8小时，使水分蒸发至完全干燥所得；
所述的高分子聚合物为聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和聚己内酯中的至少一种；
其中，所述聚乳酸的相对分子量不小于10万，所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的相对分子量不小于8万，所述聚己内酯的相对分子量不小于4.5万。
3.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的芦苇纤维为粉末状纤维，尺寸在300目以上。
4.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述有机硅烷偶联剂为偶联剂KH-550、偶联剂KH-560、偶联剂KH-570和偶联剂KH-590中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为热固性弹性体或热塑性弹性体中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的活性炭为纳米级多孔活性炭；所述的纳米级多孔活性炭为木质活性炭、竹质活性炭和果壳活性炭中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料，其特征在于：所述的抗菌剂为有机抗菌剂；所述的有机抗菌剂为甲壳素抗菌剂、壳聚糖抗菌剂、季膦盐类抗菌剂和季铵盐类抗菌剂中的至少一种。
8.一种权利要求1～7中任意一项所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先通过氢氧化钠对芦苇纤维原料进行碱处理，然后加入偶联剂对碱处理后芦苇纤维进行表面改性，所得改性芦苇纤维经粉碎、研磨和筛选，获得300目以上的改性芦苇纤维粉末；
(2)将高分子聚合物、与步骤(1)中所述芦苇纤维原料等重量的改性芦苇纤维粉末、增韧剂以及活性炭投入到温度设置为40～70℃的混料机中均匀混合，混料机混料转速设置为100～2000r/min、工作时间设置8～25min，获得混合物料；
(3)将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中熔融混合并挤出造粒；双螺杆工作温度设置为：一区50～160℃，二区53～165℃，三区55～170℃，四区58～180℃，五区58～185℃，机头56～180℃，熔体56～180℃；双螺杆主机转速设置为10～20r/min；将所述混合物料挤出成线材进行冷却定型，冷却定型后再进入到造粒机中切粒造粒，造粒机切粒速度设置为5～15r/min，获得造粒混合物颗粒；
(4)将所述造粒混合物颗粒烘干后与抗菌剂再次投入到混料机混合均匀，混料机混料转速设置为100～400r/min、混料温度设置为40～70℃、混料工作时间设置为5～15min，获得混合料；
(5)将所述混合料加入到单螺杆塑料挤出机中熔融混合并挤出丝状熔融物，然后进入到冷却定型槽中冷却定型，获得丝状塑料线材；单螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区65～195℃、机筒二区65～200℃、机筒三区65～195℃、机头一区65～190℃，单螺杆主机转速设置为30～150r/min；
(6)将所述丝状塑料线材风干后，经过双向激光测径仪送入到牵引机，最后进入力矩电机绕线，即获得可用于3D打印的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的线材成品。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的混料机中均匀混合的工艺顺序为：先100～300r/min的低速混合2～5min，再以500～800r/min的中高速混合2～5min，然后以800～2000r/min的高速混合2～10min，最后以300～500r/min中速混合2～5min，最终以中速转速出料；
步骤(3)和步骤(5)中所述的冷却定型的冷却方式各自独立的选自温水冷却、常温水冷却、冰水混合冷却和冷气冷却中的至少一种；其中温水温度为30～60℃，常温水温度为10～20℃，冰水混合温度为-5～5℃，冷气平均温度为8～16℃。
10.一种权利要求1～7中任意一项所述的除臭抗菌3D打印芦苇纤维复合材料的应用，其特征在于：用于制作除臭抗菌的3D打印产品。
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